一种陶瓷片式电源转换器及制造方法与流程

本发明涉及电源转换器技术领域，具体而言，涉及一种陶瓷片式电源转换器及制造方法。

背景技术：

目前的电源转换器通常为分立形式，含有大量外围元件，体积较大。由于集成电路的发展，电子器件的体积逐渐小型化，现有的电源转换器已不能满足电子器件的小型化需求。

例如，dc-dc转换器一般由控制芯片，以及电感线圈，二极管，三极管，电容器等外围元件构成，体积较大，其性能不仅和控制芯片有关，而且与外围电路的元器件特性、基板的布线方式等都有关系。公开号为cn108235672a，名称为“屏蔽体、电子电路以及dc－dc转换器”的发明专利申请，公开了一种dc-dc转换器，包括基板、功率电感器、电容器以及屏蔽部件，从一定程度上缩小了电容器的体积，但该发明的功率电感器和电容器裸露设置在基板的表面，受力时容易损伤。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种陶瓷片式电源转换器及制造方法，将电源转换器的元器件系统封装在陶瓷片中，保证电源转换器的性能同时满足小型化需求。

本发明的技术方案为：

一种陶瓷片式电源转换器，包括：

陶瓷电容组基板，具有外部电极；

铁氧体陶瓷基板，具有分层设置的电感，以及外部电极；

电阻，设置于铁氧体陶瓷基板；

电源芯片，设置于铁氧体陶瓷基板，与铁氧体陶瓷基板的电感以及电阻相互连通；

所述陶瓷电容组基板与所述铁氧体陶瓷基板相互粘合连接为整体，所述陶瓷电容组基板的外电极与所述铁氧体陶瓷基板的外电极连通。

进一步的，所述电感为多层印刷型功率电感，其通过在铁氧体介质内部分层印刷金属浆料形成立体分布的多层线路图形，经高温烧结而成。

进一步的，所述电阻为薄膜电阻，其通过在铁氧体介质的表面印刷电阻浆料，经高温烧结而成。

进一步的，所述电阻和电感分别通过印制导线与电源芯片的对应端口连接。

进一步的，所述陶瓷电容组基板包括两只以上的片式多层陶瓷电容器，每只片式多层陶瓷电容器都设置有对应的外部电极。

进一步的，所述铁氧体陶瓷基板设置有一容置腔，所述电源芯片倒装焊于所述容置腔。

进一步的，所述电源芯片与所述容置腔之间的空隙处填充有树脂。

上述陶瓷片式电源转换器的制造方法，包括以下步骤：

s1.制作陶瓷电容组基板，采用mlcc材料制作陶瓷介质，然后制作陶瓷电容的内部电极，最后通过电镀工艺制作外部电极；

s2.制作铁氧体陶瓷基板，首先在铁氧体介质内部分层印刷金属浆料形成立体分布的多层线路图形；然后在铁氧体介质的表面印刷电阻浆料，印刷外部电极；最后将铁氧体介质在高温环境下烧结，形成包含有功率电感和薄膜电阻的铁氧体陶瓷基板；

s3.安装电源芯片，在步骤s2所述的铁氧体陶瓷基板的安装面开设容置腔，在容置腔内倒装焊电源芯片；

s4.对安装有电源芯片的铁氧体陶瓷基板进行在线测试，调试好以后在电源芯片与容置腔之间的空隙处填充树脂；

s5.将步骤s1所述的陶瓷电容组基板与步骤s4所述的铁氧体陶瓷基板相互粘合连接为整体。

本发明的有益效果是：

本发明采用ltcf(低温共烧铁氧体)多层电路的铁氧体陶瓷基板与陶瓷电容组基板相结合，集成大容量电容组和功率电感，并与电源芯片形成系统封装，形成近似独石封装结构的坚固外形。本发明的陶瓷片式电源转换器，无需任何外围元件，极大程度缩小了体积。由于片式多层陶瓷电容器本身具有接地电极，功率电感通过印制导线直接与片式多层陶瓷电容器连接，相较于现有技术的过孔连接，电容的接地回路短，电磁辐射小，减少了杂波，使电源转换器的输出波形更平滑。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的陶瓷电容组基板的结构示意图；

图4为本发明的铁氧体陶瓷基板的结构示意图；

图5为本发明的铁氧体陶瓷基板的内部结构示意图；

图6为本发明实施例的电路原理图。

图标：10-陶瓷电容组基板，11a/11b/11c/11d-外部电极，12-内电极，20-铁氧体陶瓷基板，21a/21b/21c/21d-外部电极，22-电感，23-印制导线，24-导线柱，25-容置腔，30-电阻，40-电源芯片，41-电源芯片端口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实施例结合如图6所示的电路原理图，对本发明的陶瓷片式电源转换器进行详细描述。参照图1和图2，一种陶瓷片式电源转换器，包括陶瓷电容组基板10、铁氧体陶瓷基板20和电源芯片40。所述陶瓷电容组基板10包括两只片式多层陶瓷电容器(根据实际需要，多层陶瓷电容器可设置一只或多只，结合电路图，本实施例中多层陶瓷电容器设置为两只)，每只片式多层陶瓷电容器均包括多层内电极12，每层内电极12与外部电极相连，两只片式多层陶瓷电容器的外部电极组成陶瓷电容组基板10的外部电极。参照图3，陶瓷电容组基板10的外部电极包括vin输入端11a、vout输出端11b、gnd接地端11c以及en端口11d。

参照图1和图5，所述铁氧体陶瓷基板20的内部分层设置电感22，通过在铁氧体介质内部分层印刷金属浆料形成立体分布的多层线路图形，经高温烧结而成。因此而形成的电感22为薄膜型功率电感22，电感22线路占用体积小。电感22的层数可根据所需的耦合量来设置，本实施例中，所述电感22设置为两层，通过两层电感22耦合形成功率电感22。本实施例中，定义铁氧体陶瓷基板20与陶瓷电容组基板10相对的表面为安装面。铁氧体陶瓷基板20的安装面设置有电阻30，通过在铁氧体介质的安装面印刷电阻30浆料，经高温烧结而成，形成的薄膜电阻30。

参照图4，铁氧体陶瓷基板20的安装面设置有一容置腔25，在容置腔25内倒装焊(flip-chip)电源芯片40，通过印制导线23将电阻30和电感22分别与电源芯片40的对应端口连接(该电源芯片包括vin、lx、en、fb、gnd、mode六个端口)。铁氧体陶瓷基板20的端面印刷有外部电极，通过印制导线23和导线柱24将外部电极与电阻30、电感22对应连接。铁氧体陶瓷基板20的外部电极包括vin输入端21a、vout输出端21b、gnd接地端21c以及en端口21d。

参照图1，陶瓷电容组基板10与铁氧体陶瓷基板20相互粘合连接为整体，并使陶瓷电容组基板10的外部电极与铁氧体陶瓷基板20的外部电极连通。粘合连接方式可采用共晶键合工艺，即在稳定的温度、压力下，将陶瓷电容组基板10外部电极的vin输入端、vout输出端与铁氧体陶瓷基板20外部电极的vin输入端和vout输出端对应接触，低温熔融，冷却后形成固体密封连接。

本实施例中，所述电源芯片40与所述容置腔25之间的空隙处填充有树脂(附图未示出)，用于保护和固定电源芯片40。

上述陶瓷片式电源转换器的制造方法，包括以下步骤：

s1.制作陶瓷电容组基板，具体为，采用mlcc材料制作陶瓷介质，采用bme工艺制作陶瓷电容的内部电极，通过三元电镀工艺侧面封端制作外部电极；

s2.制作铁氧体陶瓷基板，具体为，首先在铁氧体介质内部分层印刷金属浆料形成立体分布的多层线路图形；然后在铁氧体介质的表面印刷电阻浆料，印刷外部电极；最后将铁氧体介质在高温环境下烧结，形成包含有功率电感和薄膜电阻的铁氧体陶瓷基板；

s3.安装电源芯片，具体为，在步骤s2所述的铁氧体陶瓷基板的安装面开设容置腔，在容置腔内倒装焊(flip-chip)电源芯片；

s4.对安装有电源芯片的铁氧体陶瓷基板进行在线测试，激光调试电阻，调试好以后在电源芯片表面涂覆树脂；

s5.将步骤s1所述的陶瓷电容组基板与步骤s4所述的铁氧体陶瓷基板相互粘合连接为整体。具体为，在陶瓷电容组基板和铁氧体陶瓷基板的外部电极涂导电金属焊料，外部电极以外的区域涂覆树脂，将陶瓷电容组基板的vin输入端21a、vout输出端21b、gnd接地端21c以及en端口21d与铁氧体陶瓷基板的vin输入端21a、vout输出端21b、gnd接地端21c以及en端口21d分别对应；在一定温度条件下使焊料熔融，然后将陶瓷电容组基板与铁氧体陶瓷基板贴合压紧，待焊料和树脂冷却后，陶瓷电容组基板和铁氧体陶瓷基板粘合为一体，形成整体封装结构的陶瓷片式电源转换器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。